特許 7402102 リニアモータの冷却ユニット、リニアモータ、リニアモータの冷却ユニットの製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-12-12

(45)【発行日】2023-12-20

(54)【発明の名称】リニアモータの冷却ユニット、リニアモータ、リニアモータの冷却ユニットの製造方法

(51)【国際特許分類】

   H02K 41/03 20060101AFI20231213BHJP

   H02K 9/19 20060101ALI20231213BHJP

【ＦＩ】

H02K41/03 A

H02K9/19 Z

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2020061280

(22)【出願日】2020-03-30

(65)【公開番号】P2021164193

(43)【公開日】2021-10-11

【審査請求日】2022-12-14

(73)【特許権者】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】池田 隆

(72)【発明者】

【氏名】吉田 達矢

(72)【発明者】

【氏名】篠平 大輔

【審査官】佐藤 彰洋

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１３－２０７８３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００４／０２５８０８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１３－１０６３６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－１６６０３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－００９５９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１４－０９５４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０１１９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－０６５５３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０７－３２２５６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】実開昭５５－０２５７１７（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０２Ｋ ４１／０３

Ｈ０２Ｋ ９／１９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

リニアモータを構成するコイルに密着して当該コイルを冷却するための冷却ユニットであって、
第１平板部材と、
前記第１平板部材に並設される第２平板部材と、
を備え、
前記第２平板部材と対向する前記第１平板部材の面には前記第２平板部材に向けて突出する突起が形成され、
前記第１平板部材と前記第２平板部材との間に流路が形成され、
前記突起は、前記流路内において前記第２平板部材に接合され、
前記第１平板部材と前記第２平板部材とが並設される方向に直交し、かつ、前記流路を通る断面において、前記突起は島状に設けられており、
前記突起は、前記流路を複数の分割流路に分割する仕切壁を構成し、前記流路の上流側に設けられる前記仕切壁と前記流路の下流側に設けられる前記仕切壁とは、前記流路に沿った長さが互いに異なることを特徴とするリニアモータの冷却ユニット。

【請求項2】

前記仕切壁は、分割流路に沿って断続的に設けられ、前記上流側に設けられる前記仕切壁は、前記下流側に設けられる前記仕切壁よりも、前記流路に沿って長いことを特徴とする請求項１に記載のリニアモータの冷却ユニット。

【請求項3】

前記第１平板部材に合わさる前記第２平板部材の面には前記第１平板部材に向けて突出する突起が形成され、
前記第１平板部材の突起と、前記第２平板部材の突起とが接合されることを特徴とする請求項１または２に記載のリニアモータの冷却ユニット。

【請求項4】

前記第１平板部材と前記第２平板部材とに挟み込まれる枠部材をさらに含み、
前記第１平板部材の突起は、前記枠部材の開口部に進入していることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のリニアモータの冷却ユニット。

【請求項5】

請求項１から４のいずれかに記載のリニアモータの冷却ユニットを備え、
前記冷却ユニットは、対向して配置される前記コイルの間に介在して両側のコイルを保持することを特徴とするリニアモータ。

【請求項6】

リニアモータを構成するコイルに密着して当該コイルを冷却するための冷却ユニットの製造方法であって、
前記冷却ユニットは、第１平板部材と、前記第１平板部材に並設される第２平板部材と、を含み、
本製造方法は、
前記第２平板部材と対向する前記第１平板部材の面に絞り加工によって突起を形成する工程と、
前記第２平板部材を形成する工程と、
前記第１平板部材と前記第２平板部材とを、それらの間に流路が形成されるように並設し、外周を溶接によって接合する工程と、
前記流路内に突出する前記第１平板部材の突起と、前記第２平板部材とをスポット溶接によって接合する工程と、を含み、
前記突起は、前記流路を複数の分割流路に分割する仕切壁を構成し、前記流路の上流側に設けられる前記仕切壁と前記流路の下流側に設けられる前記仕切壁とは、前記流路に沿った長さが互いに異なることを特徴とするリニアモータの冷却ユニットの製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、リニアモータの冷却ユニット、リニアモータ、リニアモータの冷却ユニットの製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

リニアモータのコイルを冷却する冷却ユニットとして、内部を冷媒が流れる平板状の冷却部を備える冷却ユニットが知られている。たとえば、従来では、４枚の冷却部を箱状に連結してコイルを囲み、発熱するコイルを冷却するリニアモータの冷却ユニットが提案されている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１１－２０００９８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

本発明はこうした状況においてなされたものであり、そのある態様の例示的な目的のひとつは、リニアモータの冷却ユニットの製造コストを低減できる技術を提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0005】

上記課題を解決するために、本発明のある態様のリニアモータの冷却ユニットは、リニアモータを構成するコイルに密着して当該コイルを冷却するための冷却ユニットであって、第１平板部材と、第１平板部材に並設される第２平板部材と、を備える。第２平板部材と対向する第１平板部材の面には第２平板部材に向けて突出する突起が形成され、第１平板部材と第２平板部材との間に流路が形成され、突起は、流路内において第２平板部材に接合され、第１平板部材と第２平板部材とが並設される方向に直交し、かつ、流路を通る断面において、突起は島状に設けられている。

【0006】

本発明の別の態様は、リニアモータである。このリニアモータは、上述のリニアモータの冷却ユニットを備え、冷却ユニットは、対向して配置されるコイルの間に介在して両側のコイルを保持する。

【0007】

本発明の別の態様は、リニアモータの冷却ユニットの製造方法である。この方法は、リニアモータを構成するコイルに密着して当該コイルを冷却するための冷却ユニットの製造方法であって、冷却ユニットは、第１平板部材と、第１平板部材に並設される第２平板部材と、を含む。本製造方法は、第２平板部材と対向する第１平板部材の面に絞り加工によって突起を形成する工程と、第２平板部材を形成する工程と、第１平板部材と第２平板部材とを、それらの間に流路が形成されるように並設し、外周を溶接によって接合する工程と、流路内に突出する第１平板部材の突起と、第２平板部材とをスポット溶接によって接合する工程と、を含む。

【0008】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、装置、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、リニアモータの冷却ユニットの製造コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】実施形態に係るリニアモータの冷却ユニットを示す斜視図である。

【図2】図１の平板冷却部の斜視図である。

【図3】図１の平板冷却部の分解斜視図である。

【図4】図１の平板冷却部を第１平板部材側から見た側面図である。

【図5】図４のＡ－Ａ線断面図である。

【図6】図５のＢ－Ｂ線断面図である。

【図7】冷却ユニットを製造する工程を示す製造工程図である。

【図8】図８（ａ）～（ｃ）はそれぞれ、変形例に係る平板冷却部の断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、工程には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施の形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

【0012】

図１は、実施形態に係る冷却ユニット１０が用いられるリニアモータ２を示す斜視図である。リニアモータ２は、所定の方向に並設される矩形板状の複数のコイル４と、交互に並設され、コイル４と対向する複数のＮ極の磁石および複数のＳ極の磁石（いずれも不図示）と、を備える。本実施の形態では、冷却ユニット１０は、対向する（すなわち２列に並ぶ）コイル４の間に介在し、両側のコイル４を保持する。コイル４に通電されるとＮ極の磁石とＳ極の磁石との間で電磁力が発生し、この電磁力により、冷却ユニット１０を伴ってコイル４が磁石に対して相対移動する。

【0013】

冷却ユニット１０は、コイル４を冷却し、その温度上昇を抑える。冷却ユニット１０は、コイル４を保持する平板冷却部１２と、コイル４の並設方向の一方端側に設けられる流入部１４と、他方端側に設けられる流出部１６と、を備える。

【0014】

図２～５は、平板冷却部１２を示す。図２は、平板冷却部１２の斜視図である。図３は、平板冷却部１２の分解斜視図である。図４は、平板冷却部１２を第１平板部材２０側から見た側面図である。図５は、図４のＡ－Ａ線断面図である。

【0015】

平板冷却部１２は、第１平板部材２０と、第２平板部材２２と、枠部材２４と、を含む。第１平板部材２０、第２平板部材２２および枠部材２４は、ＳＵＳなどの金属製である。

【0016】

第１平板部材２０は、長方形状の平板である。第２平板部材２２は、第１平板部材２０と同じ大きさの長方形状の平板である。枠部材２４は、第１平板部材２０および第２平板部材２２と概ね同じ外周形状を有する枠部材である。枠部材２４は、１つの大きな開口部２４ａを有する平板部材とも捉えることができる。第１平板部材２０、枠部材２４、第２平板部材２２は、この順に積層され、外周全域が後述のように接合される。平板冷却部１２内には、第２平板部材２２と対向する第１平板部材２０の面２０ａ、第１平板部材２０と対向する第２平板部材２２の面２２ａ、および枠部材２４の開口部２４ａの周面２４ｂによって囲まれる流路３０が形成されている。

【0017】

第１平板部材２０の長手方向の一端側（図４では左側）、かつ、短手方向の一端側（図４では上側）には、平板面を貫通する円形状の流入口２０ｂが形成されている。また、第１平板部材２０の長手方向の他端側（図４では右側）、かつ、短手方向の一端側には、平板面を貫通する円形状の流出口２０ｃが形成される。流入口２０ｂ、流出口２０ｃはそれぞれ、側面視において開口部２４ａの内側に位置する。したがって、流入口２０ｂ、流出口２０ｃはそれぞれ、流路３０に連通する。たとえば冷却水などの冷媒がこの流路３０を流れる。なお、流入口および流出口は、第２平板部材２２に形成されてもよい。

【0018】

第１平板部材２０の面２０ａには、側面視において開口部２４ａの内側に、第２平板部材２２側に向けて突出する複数の突起２０ｄ，２０ｅが形成されている。第２平板部材２２の面２２ａには、側面視において開口部２４ａの内側に、第１平板部材２０側に向けて突出する複数の突起２２ｄ，２２ｅが形成されている。複数の突起２０ｄ，２０ｅと複数の突起２２ｄ，２２ｅとは、枠部材２４に対して対称に設けられている。複数の突起２０ｄ，２０ｅ，２２ｄ，２２ｅはそれぞれ、開口部２４ａ（すなわち流路３０）に進入し、そこで対応する（対向する）突起同士で接合される。本実施の形態では、複数の突起２０ｄ，２０ｅ，２２ｄ，２２ｅ，は絞り加工によって形成される。したがって、平板部材を裏から見ると、突起に対応する位置に凹部が形成されている。

【0019】

複数の突起２０ｄ，２２ｄはそれぞれ、線状に並んでいる。流路３０は、複数の突起２０ｄ，２２ｄによって第１分割流路３２ａと第２分割流路３２ｂとに分割されている。つまり、複数の突起２０ｄ、２２ｄは、流路３０を分割流路に分割する仕切壁３６を構成する。なお、流路３０は、複数の突起２０ｄ，２２ｄによって３つ以上の分割流路に分割されてもよい。

【0020】

複数の突起２０ｅ，２２ｅは、流路３０内、図示の例では第１分割流路３２ａ内に設けられる。流路内において突起２０ｅと突起２２ｅとが接合されていることによって、流路３０内を流れる冷媒の圧力によって第１平板部材２０や第２平板部材２２が変形するのを抑止できる。つまり、平板冷却部１２の強度を向上できる。

【0021】

図６は、図５のＢ－Ｂ線断面図である。図６は、第１平板部材２０と第２平板部材２２とが並設されている方向に直交し、かつ、流路３０を通る断面である。図６の断面において、複数の突起２０ｄ，２０ｅ，２２ｄ，２２ｅは、島状に設けられている。島状に設けられた突起２０ｄ，２２ｄが仕切壁３６を構成するため、仕切壁３６は分割流路３２ａ，３２ｂに沿って断続的になっている。

【0022】

図１に戻り、流入部１４は、直方体状に形成される。流入部１４には、一端は上面に開口し、他端は側面に開口した流入口１４ａが形成される。流入口１４ａは、第１平板部材２０の流入口２０ｂと連通する。つまり、流入部１４と平板冷却部１２の流路３０とが連通する。

【0023】

流出部１６は、流入部１４と同様、直方体状に形成される。流出部１６には、流入部１４と同様に、一端が上面に開口し、他端は側面に開口した流出口１６ａが形成される。流出口１６ａは、第１平板部材２０の流出口２０ｃと連通する。つまり、流出部１６と平板冷却部１２の流路３０とが連通する。

【0024】

流入部１４の流入口１４ａに冷媒を流入させると、冷媒は流入口２０ｂを通って平板冷却部１２に流れ込み、第１分割流路３２ａおよび第２分割流路３２ｂを流れ、流出口２０ｃを通って平板冷却部１２から流れ出て、流出部１６の流出口１６ａから外部に流出する。

【0025】

以上が冷却ユニット１０の基本構成である。つづいて、冷却ユニット１０の製造方法を説明する。

【0026】

図７は、冷却ユニット１０を製造する工程を示す製造工程図である。冷却ユニット１０を製造する工程は、形成工程１０２と、平板冷却部組み立て工程１０４、全体組み立て工程１０６と、を含む。

【0027】

形成工程１０２は、第１平板部材２０を形成する第１平板部材形成工程１１０と、第２平板部材２２を形成する第２平板部材形成工程１１２と、枠部材２４を形成する枠部材形成工程１１４と、流入部１４を形成する流入部形成工程１１６と、流出部１６を形成する流出部形成工程１１８と、を含む。各工程では、公知の加工技術を使用すればよい。

【0028】

第１平板部材形成工程１１０は、絞り加工によって突起２０ｄ，２０ｅを形成する絞り加工工程１２０を含む。第２平板部材形成工程１１２は、絞り加工によって突起２２ｄ，２２ｅを形成する絞り加工工程１２２を含む。

【0029】

平板冷却部組み立て工程１０４は、外周溶接工程１３０と、突起溶接工程１３２と、を含む。外周溶接工程１３０では、枠部材２４を第１平板部材２０および第２平板部材２２で挟み込み、それらの外周全域を溶接にて接合して密封する。突起溶接工程１３２では、第１平板部材２０および第２平板部材２２の対応する突起同士をスポット溶接により接合する。

【0030】

全体組み立て工程１０６では、平板冷却部組み立て工程１０４を経た平板冷却部１２および他の部材を使用して冷却ユニット１０を組み立てる。

【0031】

図７の製造工程図はあくまでも一例であり、他の工程を追加したり、一部の工程を変更または削除したり、工程の順序を入れ替えてもよい。

【0032】

以上が冷却ユニット１０の製造方法である。つづいて、本実施の形態が奏する効果について説明する。

【0033】

非島状の突起、たとえば枠部材２４の開口部２４ａの周面２４ｂに繋がっている突起によって流路を形成する場合、形成できる流路は制限される。これに対し、本実施の形態では、島状に設けられる突起２０ｄ，２２ｄによって分割流路を形成するため、形成できる分割流路は特に制限されず、自由に分割流路を形成できる。これにより、流路３０の全体に冷媒を行き渡らせることが可能となり、冷却ユニット１０の冷却性能を高めることができる。また、複数の分割流路を形成する場合、流路３０の途中から分割流路を分割すればよいため平板冷却部１２への流入口、流出口はそれぞれ１つずつで足り、したがって、流入部１４および流出部１６を簡単な形状にでき、その結果、冷却ユニット１０の製造コストを低減できる。

【0034】

また、本実施の形態では、島状の突起２０ｅと突起２２ｅとが流路内において接合される。これにより、流路３０内を流れる冷媒の圧力によって第１平板部材２０や第２平板部材２２が変形するのを抑止できる。つまり、平板冷却部１２の強度向上を図れる。なお、突起２０ｅ，２２ｅは島状であるため、これらを設けたことによる冷媒の流れへの影響は小さく抑えられる。

【0035】

また、本実施の形態によれば、絞り加工により突起を形成するため、たとえば鋳造によって突起とともに平板部材を形成する場合と比べ、低コストで突起を有する平板部材を形成できる。また、絞り加工によって突起を形成すると、突起の裏側には凹部が形成される。つまり、エンボス状の突起が形成される。この場合、突起は平板部材の他の部分と同程度の薄さを有する。言い換えると突起は比較的薄肉に形成される。これにより、突起をスポット溶接によって容易かつ確実に接合できる。

【0036】

また、本実施の形態によれば、第１平板部材２０および第２平板部材２２の対応する突起同士が接合される。つまり、第１平板部材２０および第２平板部材２２の両方に突起が形成される。これらの突起は特に、絞り加工によって形成される。したがって、第１平板部材２０および第２平板部材２２の両方が、エンボス状の突起すなわちエンボス部を有することになり、第１平板部材２０および第２平板部材２２の両方の強度が向上する。

【0037】

また、従来は、比較的高コストな接合方法である熱拡散接合を使用して平板冷却部１２を組み立てていたため、冷却ユニット１０の製造コストが比較的高かった。本実施の形態によれば、比較的低コストな接合方法である溶接によって平板冷却部１２を組み立てるため、冷却ユニット１０の製造コストを低減できる。

【0038】

以上、実施の形態に係る冷却ユニットについて説明した。この実施の形態は例示であり、それらの各構成要素や各処理プロセスの組合せにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下変形例を示す。

【0039】

（変形例１）
実施の形態では、平板冷却部１２が、第１平板部材２０、第２平板部材２２および枠部材２４の３つの部材によって構成される場合について説明したが、これには限られない。たとえば、平板冷却部１２は、第１平板部材および第２平板部材の２つの部材によって構成されてもよい。この場合、実施の形態の第１平板部材２０および枠部材２４が合わさったものを、第１平板部材として形成してもよい。あるいは、第２平板部材２２および枠部材２４が合わさったものを、第２平板部材として形成してもよい。

【0040】

（変形例２）
実施の形態では、第１平板部材２０の面２０ａに形成される突起と第２平板部材２２の面２２ａに形成される突起とを接合する場合について説明したが、これには限定されない。図８（ａ）～（ｃ）はそれぞれ、変形例に係る平板冷却部１２の断面図である。図８（ａ）～（ｃ）はいずれも、図５に対応する。図８（ａ）では、第１平板部材２０の突起２０ｄ，２０ｅと第２平板部材２２の面２２ａ（すなわち平坦面）とが接合されている。図８（ｂ）では、第２平板部材２２の突起２２ｄ，２２ｅと第１平板部材２０の面２０ａ（すなわち平坦面）とが接合されている。図８（ｃ）では、第１平板部材２０の突起２０ｄと第２平板部材２２の面２２ａとが接合され、第２平板部材２２の突起２２ｅと第１平板部材２０の面２０ａとが接合されている。

【0041】

たとえば、第１平板部材２０の面２０ａにのみ突起が設けられ、第２平板部材２２の面２２ａには突起が設けられなくてもよい。また、たとえば、第２平板部材２２の面２２ａにのみ突起が設けられ、第１平板部材２０の面２２ａには突起が設けられなくてもよい。これらの場合、第１平板部材２０および第２平板部材２２の一方のみに絞り加工を施せばよいため、製造コストを低減できる。

【0042】

（変形例３）
実施の形態では、冷却ユニット１０が、対向するコイル４の間に介在し、両側のコイル４を保持する場合について説明したが、これに限られない。冷却ユニット１０は、２枚の平板冷却部１２を含み、２枚の平板冷却部１２が１列に並ぶコイル４を挟んでコイル４を保持してもよい。

【0043】

上述した実施の形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施の形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施の形態は、組み合わされる実施の形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

【符号の説明】

【0044】

４ コイル、 １０ 冷却ユニット、 １２ 平板冷却部、 ２０ 第１平板部材、 ２０ｄ，２０ｅ 突起、 ２２ 第２平板部材、 ２２ｄ，２２ｅ 突起、 ３０ 流路。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】